EP0409207A2 - Vorrichtung zum Spinnen von Kern-Mantel-Fasern - Google Patents

Abstract

Bei der Vorrichtung zum Spinnen von Kern-Mantel-Fasern aus verschiedenen faserbildenden Materialien ist zwischen einer Verteilerplatte (14) und einer Spinndüsenplatte(12) eine Vorplatte (16) angeordnet. In der Spinndüsenplatte (12) sind Düsenkapillaren (18) mit Vorkanälen (20) ausgebildet. Die Materialien für den Mantel und den Kern einer Faser werden der Spinndüsenplatte über einen Ringkanal (28) und einem dazu etwa konzentrischen Zufuhrkanal (32) zugeführt, die in der Vorplatte (16) ausgebildet sind. Der Ringkanal (28) steht über mindestens einen Zufuhrkanal (30) mit mindestens einem Führungskanal (24) und der Zentralkanal (32) für das Kernmaterial über mindestens einen Zufuhrkanal (34) mit mindestens einem Führungskanal (26) in der Verteilerplatte (14) in Verbindung. Durch die Anordnung einer Vorplatte mit darin ausgebildeten Kanälen für das Kern- und das Mantelmaterial der Fasern können zum einen qualitativ hochwertige Fasern mit exakten Geometrien hergestellt werden, zum anderen kann die Zahl der Düsenkapillaren pro Flächeneinheit auf mehr als 10 pro cm² vergrössert werden, da eine kompakte Ausbildung der Kanäle in der Vorplatte (16) möglich ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spinnen von Kern-Mantel-Fasern aus verschiedenen faserbildenden Materialien, mit einer Verteilerplatte mit Kanälen zum Zuführen der Materialien und mit einer Spinndüsenplatte mit Vorkanälen und Düsenkapillaren.
• Kern-Mantel-Fasern und -Garne gehören heute zum Stand der Technik. Sie bestehen aus zwei oder mehreren faserbildenden Materialien, zumeist aus Polymeren verschiedener Art oder gleichartigen Materialien verschiedener Eigenschaften, von denen mindestens eines den Kern und mindestens eines den Mantel bildet. Dabei werden, zumeist aus spinn-techno­logischen Gründen, einwandfreie konzentrische Strukturen angestrebt.
• Kern-Mantel-Fasern weisen vielfältige Eigenschaften auf, von denen nachfolgend einige beispielhaft genannt sind:
  - hochwertige z.B. mechanische Eigenschaften im Kernmaterial kombiniert mit leichtschmelzendem, leicht verklebendem Mantel,
  - spezielle, z.B. additivbedingte Eigenschaften im Kern, z.B. Flammresistenz und tragende Festigkeit im Mantel,
  - wichtige Verarbeitungs- oder Gebrauchsvorteile durch gegensätzliche Eigenschaften in Kern und Mantel.
• Vorrichtungen zum Spinnen von Kern-Mantel-Fasern bestehen wegen der notwendigen getrennten Zuleitungen der unterschiedlichen faserbildenden Materialien bis zu jeder einzelnen einer Vielzahl von Düsenkapillaren zur Fadenbildung aus mehreren meist nur aufwendig herzustellenden, komplizierten Einzelteilen.
• Nach einem bekannten Prinzip (Firma Heraeus) wird das den Kern bildende Polymere durch röhrchenförmige Organe, die in die erweiterten Vorkanäle der Kapillarbohrungen der Düsenplatte hineinragen, in das den Mantel bildende Material eingebracht. Dazu ist die Vorrichtung aus zwei Platten aufgebaut, deren untere eine Düsenplatte mit engen Düsenkapillaren und eintrittseitig erweiterten Vorkanälen darstellt, während in die darüberliegende Platte die Röhrchen eingelassen sind, die in die Vorkanäle der Düsenplatte freistehend hineinragen, wobei das Anordnungsmuster so gewählt ist, dass alle Röhrchen möglichst konzentrisch in den Düsenvorbohrungen liegen. Zwischen den beiden Platten wird ein Hohlraum vorgesehen, durch den das den Fadenmantel bildende Material den Düsenvorkanälen zufliesst.
• Massgebliche Nachteile dieser Vorrichtung sind, dass nicht mehr als 4 Kapillaren pro cm² Düsenfläche angebracht werden können, weiterhin besonders die Verletzlichkeit der extrem feinen Röhrchen bei Reinigung und Ein- und Ausbau sowie die Schwierigkeit, speziell die Röhrchen vor der Wiederverwendung zu säubern.
• Der Hauptnachteil des beschriebenen Düsentyps liegt in der Tatsache, dass es mit einfachen Mitteln nicht gelingt, die Röhrchen über die Lebensdauer einer Düse genau konzentrisch zu positionieren. Daraus resultiert als folgenreicher Stör­effekt, dass beim Erspinnen von Kern-Mantel-Fasern mit Viskositätsdifferenzen zwischen Kern und Mantel bei einem Teil der Einzelfibrillen ein so starkes Abknicken (kneeling) der austretenden Fasern auftritt, dass diese an der Düsen­platte ankleben und zu Produktionsstörungen führen. Die Ursache des Abknickens ist darauf zurückzuführen, dass beide Spinnstoffe, die je einen Teil des gemeinsamen Strömungsquerschnittes einnehmen, den gleichen Druckverhältnissen unterliegen, die sie entsprechend ihrer unterschiedlichen Viskositäten zu unterschiedlichem Fliessverhalten zwingen. So fliesst die niedrigviskose Komponente schneller, wodurch sie gleichzeitig ihren Strömungsquerschnitt verringert.
• Nach Austritt aus der Kapillarenöffnung gleichen sich die Geschwindigkeiten einander wieder an und die Stoffe nehmen den ihrem Volumenanteil entsprechenden Querschnittsanteil ein. Dieses Angleichen der Geschwindigkeiten geschieht aber nach den Gesetzen der Trägheit verzögert, so dass sich die niedrigviskose Komponente auch nach ihrem Austritt aus der Düsenkapillare zunächst noch schneller bewegt, als die höherviskose. Sind beide Komponenten im Querschnitt asymmetrisch bzw. exzentrisch angeordnet, so kommt es zu der als Abknicken beobachteten Krümmung des frei austretenden Flüssigkeitsstrahles.
• Die Lage der Zentren der Vorkanäle der bekannten Vorrichtung unterliegt den bekannten unvermeidbaren Fertigungstoleranzen. Dasselbe gilt für die Lage von Passbohrungen für Zentrier­stifte und die Passbohrungen zur Aufnahme der Röhrchen in der oberen Platte. Die wirkliche Lage der Röhrchen in Bezug auf die Zentren der Vorkanäle wird daher durch die oben beschriebene mehrgliedrige Toleranzenkette beeinflusst und überlagert durch Krümmungen der Röhrchen, die sich besonders nach längerem Gebrauch einer Spinnvorrichtung einstellen. Diese Krümmungen sind z. T. fertigungsbedingt, entstehen aber besonders durch Beanspruchung beim Reinigen und Spannungsausgleich nach mehrfacher Erwärmung im Betrieb und zur Reinigung. Soll der Fertigungsaufwand für Kern-Mantel-Spinnsysteme innerhalb wirtschaftlich vertretbarer Grenzen bleiben, so können nicht allzu enge Toleranzen gewählt werden. Bei einer Vielzahl von Düsenbohrungen wird daher immer mit einem Anteil von Kapillaren zu rechnen sein, bei denen die Addition der toleranz - und krümmungsbedingten Abweichungen zu Spinnstörungen führt. Dies wurde in ausgedehnten Spinnversu­chen als Tatsache erhärtet.
• Bekannt ist auch eine Lösung, die darin besteht, die Röhr­chen in der Nähe ihrer Mündungen durch geeignete, beispielsweise sternförmige Elemente in den Vorkanälen zentrisch zu führen. Diese Massnahme steht aber ebenfalls dem Ziel der Erhöhung der Kapillardichte entgegen, bringt zusätzlich erhebliche Mehrkosten und erschwert das Handling bei Reinigung und Montage.
• In der US-Patentschrift Nr. 4 052 146 ist eine zwangsläufig aus 4 Bauteilen bestehende Vorrichtung (die sogenannte Dosierscheibe begrenzt zugleich den oberen Ringkanal,) zum Spinnen von Kern-Mantelfäden beschrieben, die nicht auf dem Röhrchenprinzip beruht und mit der das Ziel, mehr Düsenkapillaren unterzubringen, verfolgt wird. Mit dieser bekannten Vorrichtung wird eine Erhöhung der Dichte der Düsenkapillaren auf knapp 3 (2,93) pro cm² erreicht. Wegen der flachen Gestalt der um die Verlängerung der Düsen-­Vorkanäle nach oben angeordneten, den Fibrillenmantel formenden Ringkanäle, sind deren extrem grosse Aussendurch­messer auch dann für die erreichbare Kapillarendichte massgebend, wenn sie in der Höhe versetzt und sich gegensei­tig überlappend angeordnet werden. Die Figuren lassen erkennen, dass einerseits pro Kapillare eine Vielzahl (etwa 9) der erfindungsgemässen Zufuhrsysteme Platz finden würden, andererseits nur 2 Ringkanäle pro Düsenkapillare in eine Platte eingearbeitet werden können.
• In der Europäischen Patentanmeldung 0 284 784 ist ein Düsen­paket einer Bikomponenten-Spinnvorrichtung beschrieben, bei der die Röhrchen durch zusammenhängende, ganze Reihen von die Düsen-Vorkanäle durchquerende Lamellen ersetzt sind. Hierdurch wird sowohl das Problem der Zentrizität wie auch der Filigranität und der daraus folgenden Empfindlichkeit entschärft. Dennoch treten toleranzbedingte Versetzungen zwischen den kern- und den mantelbildenden Elementen auf. Auch hier ist die zylinderschalenförmige seitliche Schmelzezuführung zum zentralen Kanal von grösserem Platzbe­darf, als für eine einfache Düsenbohrung benötigt wird. 35 Ausserdem besteht die Gefahr, dass die getrennte Schmelzezuführung zu ungleicher Manteldicke und damit zum störenden "kneeling" führt.
• Ein weiterer grosser Nachteil aller bekannten Vorrichtungen ist die aufwendige Herstellung der hochpräzisen Bauteile.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die das Spinnen von Mehrkomponentenfasern aus mindestens zwei unterschiedlichen geschmolzenen oder ge­lösten Polymeren mit unterschiedlicher Viskosität mit exakt geformten Fibrillenquerschnitt, insbesondere von konzentrischen Kern-Mantel-Fasern grosser Genauigkeit in Bezug auf die Mittigkeit des Kernes im Mantel, sowie hieraus abgeleiteter, verwandter Querschnittskonstruktionen, mit einer erhöhten Anzahl von Spinnkapillaren pro cm² Fläche der Spinndüse unter den gleichen Produktionsbedingungen, wie sie für Einkomponentenfasern bekannt sind, ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung zum Spinnen gemäss Anspruch 1 gelöst. Sie wird insbesondere dadurch gelöst, dass zwischen einer Verteilerplatte und einer Spinndüsen­platte eine Vorplatte angeordnet ist, und dass in der Vorplatte speziell angeordnete Kanäle für das Mantelmaterial und Kanäle für das Kernmaterial ausgebildet sind.
• Die Erfindung betrifft demnach eine Vorrichtung zum Spinnen von Fasern aus geschmolzenem oder gelöstem Material, vorzugsweise aus synthetischen Polymeren, insbesondere für Faserfibrillen mit Querschnittsstrukturen, die aus mindestens zwei Polymeren unterschiedlicher Eigenschaften gebildet werden, welche vorzugsweise in präzis konzentrischen Kern-Mantel-Anordnungen zusammengesetzt sind.
• Eine besondere Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht im wesentlichen aus dem bekannten Grundaufbau einer Spinnvorrichtung für Mehrkomponentenfasern des Seite-Seite-­Typs, wie sie z.B. in der CH-PS 401 346 beschrieben wird, bestehend aus einer Spinndüsenplatte und einer Verteiler­platte, zwischen denen erfindungsgemäss eine dünne Vorplatte angeordnet ist.
• In der erfindungsgemässen beidseits ebenen Vorplatte werden die verschiedenen, den Faden bildenden Polymere in zunächst getrennten Kanälen bis zum Eintritt in die erweiterten Vorkanäle der Düsenöffnungen geführt, wobei die Kern-­Mantel-Struktur vorgeformt wird. Die Vorkanäle weisen bevorzugt kreisrunde, eintrittseitig konisch erweiterte Querschnitte auf, und die Polymeren aus den vorher ge­trennten Zuführkanäle vereinigen sich innerhalb der Vor­kanäle, wobei die Kern-Mantel-Struktur vorgeformt wird, so dass die beiden laminar strömenden Polymeren gemeinsam, in kern-mantel-förmiger Querschnittsanordnung durch die im Vergleich zu den Düsenöffnungen erweiterten Vorkanäle strömen und schliesslich gemeinsam unter Querschittseinengung durch die Düsenöffnungen austreten, ohne sich zu vermischen, so dass die vorgeformte Struktur erhalten bleibt. Dabei können die Düsenöffnungen einen kreisrunden oder beliebig profilierten Querschnitt aufweisen. Der Kern kann zusätzlich hohl gestaltet sein.
• Die Umrüstbarkeit einer bekannten Vorrichtung zum Spinnen von Fasern des Seite-Seite-Typs zu einer Vorrichtung zum Spinnen von Fasern des Kern-Mantel-Typs und umgekehrt ist gegeben durch Einbau bzw. Entfernen der Vorplatte. In der Vorplatte sind je ein ringförmiger Kanal, der den Fribrillenmantel formt, sowie ein innerhalb des letzteren liegender zentraler Kanal, der den Kern formt, ausgebildet. Der ringförmige Kanal wird vorzugsweise mittels eines rotierenden Werkzeuges hergestellt, wobei es gleichgültig ist, ob es sich dabei um ein spanabhebendes Werkzeug oder um eine Erosionselektrode handelt oder wechselweise beides. Dadurch wird erreicht, dass die Breite des Ringkanals auf dessen gesamten Umfang die für die angestrebte Konzentrizität der Kern- und Mantelstruktur entscheidende absolute Konstanz aufweist.
• Der Ringkanal und der Zentralkanal sind mit der Oberseite und den dort mündenden Polymer- Führungskanälen durch weitere, in die Vorplatte eingearbeitete Zufuhrkanäle verbunden. Diese können beispielsweise die Gestalt von Bohrungen oder Nuten besitzen, wobei die Nuten über ganze Reihen oder Kreise von Kanalsystemen hinwegführen, wobei sie jeden Ringkanal an zwei Stellen an dessen Umfang anschneiden.
• Es ist ein erfindungswesentliches Merkmal, dass das gesamte Kanalsystem keinen grösseren Platzbedarf und speziell der Ringkanal zum Vorformen des Mantels zumindest beim Übergang zur Spinndüsenplatte einen kleineren Aussendurchmesser hat, als der erweiterte Vorkanal in der Düsenplatte. Damit lassen sich gegenüber dem Stand der Technik wesentlich höhere Kapillardichten pro m² Düsenfläche erreichen.
• Wichtig und erfindungswesentlich ist, dass die Ringbreite des Ringkanals auf dessen gesamten Umfang gleich ist, was durch Anwendung rotierender Werkzeuge realisierbar ist.
• Überraschenderweise zeigte sich, dass sich infolge des gleichmässig austretenden vorgeformten Rings des Mantelmaterials auch bei toleranzbedingten Abweichungen der Zentrierung der Kanäle in der Vorplatte zur erweiterten Öffnung des Vorkanals der Düsenplatte exakt konzentrische Querschnitte erreichen lassen.
• Es ist ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung, dass infolge der exakten Querschnittsformen der austretenden Fäden auch stark unterschiedliche Viskositäten nicht zu dem gefürchteten "kneeling" der noch nicht erstarr­ten Spinnfäden führen, das in der Faserproduktion Störungen, Ausfälle und Qualitätsverminderungen verursacht.
• Schliesslich ist es mit der erfindungsgemässen Vorrichtung möglich, Produktionsleistungen wie für Einkomponenten-Fasern zu erreichen. So lassen sich z.B. mit einer industriell erprobten Ausführung mit weit mehr als 2000 Düsenkapilla­ ren Durchsätze von über 2 kg pro Minute bei ausgezeichneter Qualität erreichen.
• Es ist aber auch möglich, mit der erfindungsgemässen Vorrichtung Garne, d.h. endlose Fäden, an die in der Regel ganz besonders hohe Anforderungen an gleichbleibender Qualität und Präzision gestellt werden, unter Verwendung bekannter Düsenplatten herzustellen.
• In ausgedehnten Vergleichs-Spinnversuchen mit Spinnvor­richtungen des oben als Stand der Technik beschriebenen "Röhrchentyps" und mehreren Ausführungen des Erfindungsgegenstandes konnte für letztere festgestellt werden,
  -dass die Zentriergenauigkeit von rotationssymmetri­schen Kern-Mantel-Fäden ausschliesslich von der Konstanz der Breite des Ringkanales abhängt. So blieb die Zentrierung von Verschiebungen der Achsen des Ringkanales und des Vorkanales unbeeinflusst, so lange diese nicht so gross waren, dass Bereiche des Ringkanales durch die Düsenplatte abgedeckt wurden. Es ist daher erfindungswesentlich, den Aussendurch­messer des Ringkanales wenigstens am Übergang zur Spinndüsenplatte etwas kleiner zu ,wählen als den konischen Eintrittsdurchmesser in den Vorkanal, um so die unvermeidlichen Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen.
  - dass eine Exzentrizität des Zentralkanales innerhalb des Ringkanales die Zentrizität des Fibrillenquer­schnittes nicht beeinflusst, solange sich die Kanal­wände nicht überschneiden.
  - dass die Art und Position der Einmündung der Kanäle in weiten Grenzen die Zentrizität des Fibrillenquerschnittes nicht beeinflusst.
• Im Gegensatz zu den Resultaten mit der erfindungsgemässen Vorrichtung konnten mit den bekannten Vorrichtungen des Röhrchentyps keine befriedigenden exaktkonzentrischen Faserquerschnitte erzielt werden. Detaillierte Untersuchun­gen ergaben, dass die unvermeidlichen Exzentrizitäten zwischen der Wand des vorkanales und den Röhrchen sich im Fibrillenquerschnitt als entsprechende Exzentrizität genau abbilden. Ein Vergleich des Spaltes zwischen der Wand des Vorkanales und den Röhrchen mit dem Ringkanal der erfindungsgemässen Vorrichtung zeigt, dass die über den Umfang unvermeidlicherweise ungleich verteilte Spaltbreite der massgebliche Unterschied zu dem mit einem rotierenden Werkzeug in einem Arbeitsgang hergestellten Ringkanal ist.
• Es ist ersichtlich, dass für die erfindungsgemässe Vorrich­tung eine gleich grosse Anordnungsdichte von Spinnkapillaren wie in Düsenplatten für Spinnfäden aus nur einer Komponente, die nur durch den minimal erforderlichen Vorkanaldurchmesser und die aus Festigkeitsgründen nicht unterschreitbare Minimalteilung bestimmt wird, möglich ist. Die erfindungsgemässen Ringkanäle sowie die Verbindungskanäle beanspruchen grundsätzlich keinen Platz, der über die Peripherie der erweiterten Vorkanäle hinausreicht. Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann deshalb ohne weiteres in Spinnpakete bekannter Vorrichtungen integriert werden und erreicht in Jedem Fall erheblich grössere Kapillarendichten, bevorzugt mehr als 10 pro cm² Düsenfläche, als Vorrichtungen nach der US-PS 4 052 146.
• Ersichtlich wird weiterhin die Eignung der erfindungsgemässen Vorrichtung zum industriellen Erspinnen von Mehrkomponentenfasern sowohl durch ihren robusten Aufbau, der den Betriebsbeanspruchungen mit dem erforderlichen Handling zu Montage, Demontage, Reinigung gewachsen ist, als auch durch Vermeiden von empfindlichen Kleinteilen, wie Röhrchen etc. und durch kompakte Bauteile, in die alle zur Formung der Fibrillenquerschnitte erforderlichen Konturen eingearbeitet sind, so dass keine Feinkonturen hinausragen. Alle Teile sind eben und flach aufeinandergeschichtet und benötigen keine Verzahnungen untereinander. Die Teile werden nur durch leicht montier- und demontierbare Passbolzen zueinander positioniert. Schliesslich wird ersichtlich, dass durch das Zwischenlegen der erf indungsgemässen Vorplatte bei Verwendung entsprechend geformten Düsenkapillaren das Spinnen von Mehrkomponentenfasern selbst mit unterschiedli ­chen Querschnittsformen - z.B. Rund- oder Profilfasern - und unterschiedlichen Polymeren im Fibrillenquerschnitt mbglich ist, während mit dem Grundaufbau der Vorrichtung, d.h. mit Verteiler- und Spinnplatte ohne die erfindungsgemässe Vorplatte, Seite-Seite-Fasern gesponnen werden können. Das Umrüsten erfolgt somit durch Einbau oder Weglassen der erfindungsgemässen Vorplatte.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:
• Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zum Spinnen von Kern-Mantel-Fasern,
• Fig. 2-9 Schnitte durch abgewandelte Ausführungsformen von Vorrichtungen zum Spinnen von Kern-Mantel-Fasern mit dem zugehörigen Querschnitt der jeweils gesponnenen Faser,
• Fig. 10 einen Schnitt durch eine Vorplatte und ein zur Herstellung eines Ringkanals verwendetes Werkzeug, und
• Fi. 11-14 Draufsichten auf verschiedene Ausführungsformen von Vorplatten.
• Die nachfolgende Begriffstabelle erleichtert den Vergleich zwischen den verschiedenen Ausführungsformen der Figuren.
BEGRIFFSTABELLE
• Spinndüsenplatte (12)
  Düsenkapillare (18)
  Vorkanal (20)
  Verteilerplatte (14, 82, 124)
  Führungskanal (24, 26, 86, 88, 90, 126, 128, 130)
  Vorplatte (16, 40, 60, 84, 122, 150, 170, 190, 200, 210)
  Zentralkanal (32, 48, 66, 98, 136, 154, 178, 180, 198, 206, 216)
  Ringkanal (28, 44, 62, 92, 132, 152, 172, 192, 202, 212)
  Zufuhrkanal (30, 34, 42, 46, 64, 94, 96, 100, 134, 138, 140, 156, 158, 174, 176, 194, 196, 204, 208, 214, 218, 220)
• Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung 10 zum Spinnen von Kern-Mantel-Fasern aus verschiedenen faserbildenden Materialien, wobei zwischen einer Spinndüsenplatte 12 und einer Verteilerplatte 14 eine Vorplatte 16 angeordnet ist. In der Spinndüsenplatte 12 ist eine Vielzahl von Düsenkapillaren 18 ausgebildet, von denen in Fig. 1 nur eine gezeigt ist. Jede der Kapillaren 18 weist einen Vorkanal 20 auf, dessen lichte Weite ein Vielfaches der lichten Weite der Düsenkapillaren 18 ist. Das obere Ende 22 des Vorkanals 20 ist konisch erweitert.
• An der Unterseite der Verteilerplatte 14 sind Führungskanäle 24, 26 für zwei verschiedene faserbildende Materialien ausgebildet. Durch den Führungskanal 24 wird das Material für den Mantel und durch den Führungskanal 26 das Material für den Kern zugeführt.
• Zur Leitung und Formung der Materialien für den Mantel und den Kern sind in der Vorplatte 16 entsprechende Kanäle ausgebildet. Ein Ringkanal 28 für das Mantelmaterial steht über eine Nut als Zufuhrkanal 30 mit dem Führungskanal 24 in der Verteilerplatte 14 in Verbindung. Etwa konzentrisch zu dem Ringkanal 28 ist ein Zentralkanal 32 ausgebildet, der über einen Zufuhrkanal 34 mit dem Führungskanal 26 in der Verteilerplatte 14 in Verbindung steht. Der Aussendurchmesser des Ringkanals 28 ist etwas kleiner als die Eintrittsweite 22 des Vorkanals 20 in der Düsenplatte 12. Dadurch können toleranzbedingte Verschiebungen Z in Kauf genommen werden.
  Es ist möglich, Düsenplatten mit einer erhöhten Dichte an Düsenkapillaren pro Flächeneinheit auszubilden, da zur Zuführung der Materialien für den Mantel und den Kern in der Vorplatte kein grösserer Platzbedarf erforderlich ist als für den konisch erweiterten Vorkanal in der Düsenplatte.
• Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform entspricht im wesentlichen der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform mit dem Unterschied, dass in einer Vorplatte 40 zwischen der Düsenplatte 12 und der Verteilerplatte 14 das durch den Führungskanal 24 geführte Material für den Mantel über mindestens zwei Zufuhrkanäle 42 einem Ringkanal 44 zugeleitet wird. Die Zuführung des Materials für den Kern vom Führungskanal 26 erfolgt wiederum über einen Zufuhrkanal 46. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind die Elemente der Vorrichtung, d.h. die Verteilerplatte 14, die Vorplatte 40 und die Düsenplatte 12 exakt zueinander gezeichnet. In der Praxis ist immer mit einem gewissen toleranzbedingten Versatz Z gemäss Fig. 1 zu rechnen.
• Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Faser 52, die mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig. 1 oder 2 gesponnen wurde.
• In einem Ring 54, der als Mantel anzusehen ist, ist ein Kern 56 aufgenommen. Ring 54 und Kern 56 sind konzentrisch zueinander angeordnet.
• Bei der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung sind Verteilerplatte 14 und Düsenplatte 12 ausgebildet wie die entsprechenden Elemente der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2. Eine zwischen der Verteilerplatte 14 und der Düsenplatte 12 angeordnete Vorplatte 60 ist mit einem Ringkanal 62 ausgebildet, der über mindestens einen Zufuhrkanal 64 mit dem Führungskanal 24 in der Verteilerplatte 14 in Verbindung steht (vgl. Fig. 2). Konzentrisch zu dem Ringkanal 62 ist ein Zentral­kanal 66 in der Vorplatte ausgebildet, der sich durch die gesamte Vorplatte 60 hindurch erstreckt. Somit steht dieser Zentralkanal 66 sowohl mit dem Führungskanal 24 als auch mit dem Führungskanal 26 in der Verteilerplatte 14 in Verbindung.
• Die mit der Vorrichtung nach Fig. 4 hergestellte und in Fig. 5 im Querschnitt gezeigte Kern-Mantel-Faser 70 weist einen Mantel 72 auf, der aus einem Halbkreis 74 und einem damit verbundenen Ringbogen 76 besteht. Von dem Ringbogen 76 eingeschlossen ist der Kern 78, der im Querschnitt halbkreisförmig ausgebildet ist.
• Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung 80 zum Spinnen von Kern-Mantel-Fasern aus drei verschiedenen faserbildenden Materialien, bestehend aus einer Düsenplatte 12, die wie die Düsenplatten nach den Fig. 1, 2 und 4 ausgebildet ist, aus Verteilerplatte 82 und einer Vorplatte 84. In der Verteilerplatte 82 sind drei Führungskanäle 86, 88 und 90 ausgebildet, wobei die Führungskanäle 86 und 90 zum Führen von Material für den Mantel und der Führungskanal 88 für die Führung des Materials für den Kern vorgesehen sind.
• In der Vorplatte 84 ist ein Ringkanal 92 ausgebildet, der über eine Nut als Zufuhrkanal 94 mit dem Führungskanal 86 und über eine Nut als Zufuhrkanal 96 mit dem Führungskanal 90 in der Verteilerplatte 82 in Verbindung steht. Konzentrisch zu dem Ringkanal 92 ist ein Zentralkanal 98 in der Vorplatte 84 ausgebildet, der über einen abgestuften Zufuhrkanal 100 mit dem Führungskanal 88 in der Verteilerplatte 82 in Verbindung steht.
• Die mit der Vorrichtung 80 nach Fig. 6 gesponnene Faser ist im Querschnitt in Fig. 7 gezeigt. Die Faser 102 besteht aus einem Mantel 104, der aus zwei halbkreisförmigen Bögen 106 und 108 zusammengesetzt ist, die aus verschiedenen Materia­lien bestehen können. In den untereinander verbundenen Ringhälften 106 und 108 ist ein Kern 110 eingeschlossen. Das Material des Ringbogens 106 wird über den Führungskanal 86, die Nut als Zufuhrkanal 94 und den Ringkanal 92 und das Material für den Ringbogen 108 der Faser 102 über den Führungskanal 90, die Nut als Zufuhrkanal 96 und den Ring­kanal 92 in die Düsenplatte 12 zugeführt, um aus den Düsenkapillaren 18 unter Einschluss des durch den Führungskanal 88, den Zufuhrkanal 100 und den Zentralkanal 98 zugeführten Materials für den Kern 110 aus den Düsenkapillaren 18 auszutreten.
• Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung 120 zum Spinnen von Kern-Mantel-Fasern aus drei verschiedenen faserbildenden Materialien, bestehend aus einer Düsenplatte 12, in welcher Vorkanäle 20 und Düsenkapillare 18 ausgebildet sind, aus einer Verteilerplatte 124 und einer Vorplatte 122. Die Verteilerplatte 124 entspricht der von Fig. 6 und es sind zwei Führungskanäle 126 und 128 für die Führung des Materials für den Kern und ein Führungskanal 130 für das Material für den Mantel einer Kern-Mantel-Faser ausgebildet. In der Vorplatte 122 ist ein Ringkanal 132 ausgebildet, der über eine Nut als Zufuhrkanal 134 mit dem Führungskanal 130 in der Verteilerplatte 124 in Verbindung steht. Konzentrisch zu dem Ringkanal 132 ist ein Zentralkanal 136 ausgebildet, der über schräg verlaufende Zufuhrkanäle 138 und 140 mit den Führungskanälen 126 und 128 in der Verteilerplatte 124 in Verbindung steht.
• Die mit der Vorrichtung 120 gesponnene Faser 142 ist im Querschnitt in Fig. 9 gezeigt. Die Faser 142 besteht aus einem im Querschnitt kreisförmigen Mantel 144, in welchem ein aus zwei im Querschnitt halbkreisförmigen Hälften 146 und 148 zusammengesetzter Kern aufgenommen ist. Das Material der Kernhälften 146 und 148 hat unterschied­liche Eigenschaften, d.h. es können verschiedene Kernpolymere mit dem Material des Mantels versponnen sein.
• Fig. 10 zeigt einen Ausschnitt einer Vorplatte 150, in welcher ein Ringkanal 152 und ein etwa konzentrisch dazu angeordneter Zentralkanal 154 ausgebildet sind. Der Ring­kanal 152 steht mit der Fläche der Vorplatte 150, die in eingebautem Zustand an einer Verteilerplatte anliegt, über eine Nut als Zufuhrkanal 156 in Verbindung. Zu dem etwa konzentrischen Zentralkanal 154 ist ein Zufuhrkanal 158 ausgebildet. Die Herstellung des Ringkanals 152 erfolgt über ein rotierendes Werkzeug 160, so dass ein Ringkanal mit konstanter Breite hergestellt werden kann. Das rotierende Werkzeug kann spanabhebend oder eine Erosionselektrode sein.
• Die Fig. 11 bis 14 zeigen Ansichten der Unterseiten verschiedener Vorplatten. Fig. 11 zeigt eine Vorplatte 170 analog Fig. 6 mit einem Ringkanal 172, zu dem ausgehend von der Fläche, die im eingebauten Zustand der Vorplatte an der Verteilerplatte anliegt die Nuten der Zufuhrkanäle 174 und 176 sowie der Zentralkanal 178 und sein Zufuhrkanal 180 sichtbar sind.
• Fig. 12 zeigt die Unterseite einer Vorplatte 190 (aus Fig. 2) mit einem Ringkanal 192, der über im Querschnitt kreisförmige Zufuhrkanäle 194 und 196 mit Führungskanälen einer Verteilerplatte in Verbindung steht. Etwa konzentrisch zu dem Ringkanal 192 ist ein Zentralkanal 198 für das Kernmaterial angeordnet, der durch die Vorplatte 190 geführt ist.
• Fig. 13 zeigt die Unterseite einer Vorplatte 200 (analog Fig. 1), in welcher zu einem Ringkanal 202 eine Nut als Zufuhrkanal 204 geführt ist, durch die das Mantelmaterial von der Verteilerplatte in den Ringkanal 202 geführt wird. Konzentrisch zu dem Ringkanal 202 ist ein Zentralkanal 206 für das Kernmaterial ausgebildet, der über einen im Querschnitt kreisförmigen Zufuhrkanal 208 mit einem Führungskanal in der Verteilerplatte in Verbindung steht.
• Fig. 14 zeigt die Unterseite einer Vorplatte 210 (analog Fig. 8) mit einem Ringkanal 212, der über eine Nut als Zufuhrkanal 214 mit einem oder zwei getrennten Führungskanä­len in einer Verteilerplatte zur Zuführung des Materials für den Mantel in Verbindung steht. Etwa konzentrisch zu dem Ringkanal 212 ist ein Zentralkanal 216 ausgebildet, der über zwei Zufuhrkanäle 218, 220 mit entsprechenden Führungs­kanälen in einer Verteilerplatte in Verbindung steht, um Materialien für den Kern einer Faser zuzuführen. Die Vorplatten sind über Passbolzen an den Verteiler­platten und den Spinndüsenplatten fixiert. Weder die Vorplatte noch die Verteiler- und Spinndüsenplatten weisen irgendwelche Verzahnungen auf, so dass die Herstellung und die Anordnung der Platten einfach und wirtschaftlich erfolgen kann.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Spinnen von Kern-Mantelfasern aus verschiedenen faserbildenden Materialien, mit einer Spinndüsenplatte (12) mit Düsenkapillaren (18) und gegenüber diesen erweiterten Vorkanälen (20), einer Verteilerplatte (14) mit einer Anzahl von Führungs­kanälen (24, 26), die der Anzahl der verschiedenen Materialien entspricht, wobei die Führungskanäle (24, 26) zu Jedem Vorkanal (20) der spinndüsenplatte (12) getrennt voneinander geführtsind, einer zwischen der Verteilerplatte (14) und der Spinndüsenplatte (12) angeordneten Vorplatte (16), in der für jeden Vorkanal (20) ein Zentralkanal (32) für Kernmaterial und ein diesen umgebender Ringkanal (28) für Mantelmaterial bis zum Übergang der Vorplatte (16) getrennt voneinander ausgebildet sind, und mindestens jeweils einem Zufuhrkanal (30, 34) in der Vorplatte (16) für jeden der Kanäle (28, 32) für Mantel- bzw. Kernmaterialien, wobei der Aussendurchmesser der Ringkanäle (28) wenigstens am Übergang zur Spinndüsenplatte (12) kleiner als der Innendurchmesser der Eintrittsöffnungen der zugeordneten erweiterten Vorkanäle (20) in der Düsenplatte (12) ist.

2. Vorrichtung nach Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkanäle (28) über ihren Umfang konstante Breite aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, dass die Vorkanäle (20) in der Düsenplatte (12) konisch erweiterte Eintrittsöffnungen (22) auf­weisen.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei welcher der Führungskanal (24), für Mantelmaterial über wenig­stens zwei Zufuhrkanäle (42) in der Vorplatte (40) mit deren Ringkanal (44) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, bei welcher sich der Zentralkanal (66) durch die gesamte Vorplatte (60) hindurch erstreckt und zu beiden Führungskanälen (24, 26) hin offen ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, bei welcher die Verteilerplatte (82) mit drei Führungskanälen (86, 88, 90) für drei verschiedene Materialien vorgesehen ist, die Jeweils mit einem von drei Zufuhrkanälen (94, 96, 100) in der Vorplatte (84) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher der der Ring­kanal (92) mit zwei Zufuhrkanälen (94, 96) in der Vorplatte (84) mit zwei Führungskanälen (86, 90) in der Verteilerplatte (82) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher der Zentral­kanal (136; 216) mit zwei Zufuhrkanälen (138, 140; 218, 220) in der Verteilerplatte (124) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorplatte (16) Kanäle (28, 32) für mindestens zehn Düsenkapillaren (18) pro cm² Düsenfläche ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorplatte (16) eine durch Passbolzen fixierte, dünne, beidseits ebene Platte ohne Verzahnung, ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinndüsenplatte (12) mit Düsenkapillaren (18) versehen ist, die für das Spinnen von unrunden und/oder mit einem Hohlraum versehenen Fasern ausgelegt sind.

12. Verfahren zum Herstellen von Kern-Mantel-Fasern aus mindestens 2 verschiedenen faserbildenden Materialien mit unterschiedlicher oder gleicher Viskosität unter Verwendung der Vorrichtung gemäss einem der voranstehenden Ansprüche.

13. Vorrichtung zum Spinnen von Kern-Mantel-Fasern aus min­destens zwei unterschiedlichen geschmolzenen oder gelö­sten Polymeren mit gleicher oder unterschiedlicher Viskosität, bestehend aus einer Spinndüsenplatte (12), mit einer vorzugsweise grossen Anzahl von Düsenkapilla­ren (18) und gegenüber diesen erweiterten Vorkanälen (20, 22), einer Verteilplatte (14) mit einer Anzahl von Führungskanälen (24, 26) zum getrennten Heranleiten der entsprechenden Anzahl in Kombination zu verspinnender Stoffe, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Verteiler­platte (14) und Düsenplatte (12) eine Vorplatte (16) angeordnet ist, die je Vorkanal (20, 22) einen Ring­kanal (28) enthält, welcher seinerseits einen Zentral­kanal (32) umschliesst, dass die Breite des Ringkanales (28) auf dessen ganzem Umfang konstant ist, dass der Aussendurchmesser des Ringkanales (28) kleiner ist als derjenige der korrespondierenden Eintrittsöffnung (22) in den Vorkanal (20), dass jeder Ringkanal (28) durch mindestens einen Zufuhrkanal (30) mit dem darüberliegen­den Führungskanal(24) verbunden ist, der den mantelbildenden Stoff heranleitet, dass jeder Zentralkanal (32) durch mindestens einen Zufuhrkanal (34) mit dem darüberliegenden Führungskanal (26) verbunden ist, der den kernbildenden Stoff heranleitet.

14. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bestehend aus einer Düsenplatte (12) und einer Ver­teilerplatte (14), zum Spinnen von Mehrkomponenten­fasern des Seite-Seite-Typs, dadurch gekennzeichnet, dass diese durch Zwischenlegen einer Vorplatte (16) zwischen Düsenplatte (12) und Verteilerplatte (14), zu einer Spinnvorrichtung für Kern-Mantel-Fasern umgerü­stet wurde.

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